Análise do comportamento de uma estrutura em abóbada de betão armado de revestimento de uma caverna subterrânea

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2008/2009

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____ Análise do comportamento de uma estrutura em abóbada de betão armado de revestimento de uma caverna subterrânea

AGRADECIMENTOS

Ao orientador professor Domingos Silva Matos pela dedicada orientação, pelo incentivo, disponibilidade e compreensão demonstrada ao longo de toda a tese. A ter valor, este trabalho deve-o fundamentalmente a ele.

Ao meu co-orientador professor Celso Lima, pelo precioso auxilio e orientação, tanto nos seus pareceres e conselhos, como na indicação de elementos técnicos.

Ao meu Pai, pelo exemplo de vida, de profissionalismo, e dedicação à família. À minha mãe, pelo amor e carinho que só uma mãe tem por um filho.

Ao meu irmão, pela amizade eterna, companheirismo e cumplicidade ao longo de toda a minha vida, a ti o meu muito obrigado.

À Helena por todo o amor, paciência, carinho e incentivo demonstrado ao longo de toda a tese, a ti o meu muito obrigado.

À minha família, aos meus avôs pelo carinho e amor de toda vida, ao Manuel e à Sameiro pela prontidão que demonstraram para comigo, e o auxilio que me prestaram.

Aos amigos, Diana, Rita e João pela amizade e companheirismo demonstrado ao longo de todos estes anos, ao grupo esplêndido que me auxiliou no inicio desta grande caminhada, o Fernando, a Marta, o Maia, o Natalino e o Francisco.

A Deus, por toda a força, que em alturas de fraqueza me deu.

Se estes agradecimentos omitirem alguém, trata-se apenas de um lapso no papel, pois tenho bem presente o apoio e as valiosas contribuições de todos.

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RESUMO

O presente trabalho aborda um estudo geotécnico e estrutural da abóbada de betão armado de revestimento da central hidroeléctrica, que se enquadra no reforço de potência do aproveitamento hidroeléctrico do Picote. A análise centra-se sobretudo no estudo da tipologia da central e na análise dos parâmetros característicos do maciço rochoso, sendo efectuado posteriormente o dimensionamento da abóbada da central, em betão armado.

A nível geotécnico é efectuada uma análise da prospecção e caracterização geotécnica, que apoiam os métodos de avanço e escavação do maciço rochoso, os condicionalismos e adopção das diversas geometrias das cavernas, os elementos de suporte primários e secundários a utilizar para garantir a segurança da obra, e as verificações de estabilidade local e global de todo o maciço rochoso.

Desta análise geotécnica são retirados os elementos que serão posteriormente adoptados para a realização do dimensionamento e verificação da estabilidade da abóbada em betão a realizar na central hidroeléctrica.

A nível estrutural, é efectuado o dimensionamento da abóbada em betão de revestimento da zona superior da caverna da central, onde se assume como acção de relevo o efeito induzido pela escavação da zona inferior da caverna, que foi efectuada após a construção da abóbada.

Foram também consideradas as acções relativas ao peso próprio da abóbada, às cargas permanentes e variáveis associadas à ponte rolante da central e, também, as acções devidas aos fenómenos de fluência e retracção do betão.

Assinalam-se também a realização de análises específicas considerando eventuais zonas do maciço com piores características mecânicas e resistentes bem como cálculos considerando zonas de descontinuidades entre a abóbada e o maciço envolvente.

Palavras-Chave: Obras subterrâneas, cavernas, faseamento construtivo, interacção estrutura-maciço envolvente, análise estrutural, estruturas de contenção e suporte.

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ABSTRACT

This thesis addresses a study of the geotechnical and structural dome of reinforced concrete lining of the hydroelectric plant, which fits in strengthening the power of harnessing the hydroelectric Picote. The analysis focuses mainly on studying the typology of the central and the analysis of characteristic parameters of the rock mass, and subsequently made the size of the central dome, reinforced concrete. On the geotechnical analysis is made of geotechnical exploration and characterization, which support and advance the methods of excavation of rock mass, the constraints and adoption of various geometries of caves, the supporting elements of primary and secondary use to ensure the safety of the work and the findings of local and global stability of the whole rock mass.

This analysis is taken from the geotechnical elements that will be adopted for the completion of design and verification of the stability of the concrete vault to be held at hydropower.

The structural level is made in the size of the dome of concrete lining of the upper zone of the central cave, which is assumed to measure the effect of topography induced by excavation of the area below the cave, which was made after the construction of the dome.

We also considered the actions concerning the weight of the vault itself, the permanent and variable charges associated with the traveler's center and also the actions due to phenomena of creep and shrinkage of concrete.

It is also the conduct of analysis considering any specific areas with the worst characteristics of the mass and mechanical resistance as well as calculations considering areas of discontinuity between the dome and the massive environment.

Keywords: groundwater works, caves, constructive stages, mass-environment interaction structure, structural analysis, structures of containment and support.

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____ Análise do comportamento de uma estrutura em abóbada de betão armado de revestimento de uma caverna subterrânea ÍNDICE GERAL AGRADECIMENTOS ... I RESUMO... III ABSTRACT ... V

1. INTRODUÇÃO

... 1 1.1. PREAMBULO ... 1

1.2. MOTIVAÇÃO E OBJECTIVOS DO PRESENTE TRABALHO ... 2

1.3. DESCRIÇÃO DOS CONTEÚDOS DOS CAPÍTULOS ... 2

1.4. DESCRIÇÃO DA OBRA ... 4

1.4.1.LOCALIZAÇÃO E GEOMORFOLOGIA ... 4

1.4.2.CARACTERÍSTICAS GERAIS ... 5

1.4.2.1. Central hidroeléctrica ... 6

1.4.2.2. Características do reforço de potência ... 8

2. ANÁLISE GEOTÉCNICA

... 11

2.1. OBRAS SUBTERRÂNEAS ... 11

2.1.1.ORIENTAÇÃO ... 11

2.1.2.CAVERNAS ... 12

2.1.2.1. Cavernas elípticas ... 12

2.1.2.2. Cavernas em forma de ferradura ... 13

2.1.2.3. Cavernas em forma de cogumelo ... 15

2.2. MÉTODO DE ESCAVAÇÃO ... 16

2.2.1.MÉTODO DRILL & BLAST ... 16

2.2.2.MÉTODO NATM ... 17

2.3. MÉTODO DE AVANÇO ... 18

2.3.1.ESCAVAÇÃO TOTAL ... 18

2.3.2.ESCAVAÇÃO POR GALERIA FRONTAL DE BANCADA ... 18

2.3.3.ESCAVAÇÃO COM GALERIAS ... 19

2.4. APLICAÇÃO À CENTRAL DE PICOTE ... 19

(12)

Análise do comportamento de uma estrutura em abóbada de betão armado de revestimento de uma caverna subterrânea ___

2.6. ANÁLISE GEOLÓGICA DO MACIÇO (SONDAGENS) ... 21

2.6.1.ANÁLISE DE SONDAGENS ... 22

2.6.2.ANÁLISE DAS DESCONTINUIDADES ... 23

2.7. ANÁLISE GEOTÉCNICA DO MACIÇO (ENSAIOS) ... 24

2.7.1.ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO HIDRÁULICA “IN SITU” ... 24

2.7.2.ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA ... 25

2.7.2.1. Ensaios “in situ” ... 25

2.7.2.2. Ensaios laboraturiais ... 28

2.8. SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO DO MACIÇO ... 29

2.8.1.CLASSIFICAÇÃO TENDO EM CONSIDERAÇÃO A ALTERAÇÃO DO MACIÇO ... 29

2.8.2.CLASSIFICAÇÕES GEOMECÂNICAS ... 31

2.8.2.1. Sistema RMR ... 31

2.8.2.2. Sistema Q ... 31

2.8.2.3. Sistema GSI ... 31

2.8.3.APLICAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 32

2.8.3.1. Sondagem BD1 ... 32

2.8.3.2. Sondagem BD2 ... 33

2.8.3.3. Análise de valores a utilizar ... 34

2.9. SUPORTES ... 35 2.9.1.SUPORTES PRIMÁRIOS... 35 2.9.1.1. Pregagens ... 36 2.9.1.2. Betão projectado ... 37 2.9.2.SUPORTE DEFINITIVO ... 37 2.10. ESTABILIDADE LOCAL ... 37 2.10.1.PROGRAMA UNWEDGE ... 37

2.10.1.1. Caracterização das cunhas ... 37

2.10.1.2. Caracterização dos elementos de suporte ... 41

2.11. ESTABILIDADE GLOBAL ... 43

2.11.1. PROGRAMA PHASE2 ... 44

2.11.1.1. Modelo representativo ... 44

2.11.1.2. Resultados ... 50

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3.1. ELEMENTO DE CÁLCULO ... 57

3.2. PROPRIEDADE DOS MATERIAIS ... 59

3.3. MODELIZAÇÃO DA ESTRUTURA ... 59 3.3.1.GERAÇÃO DO MODELO ... 59 3.3.1.1. Caracterização transversal ... 59 3.3.1.2. Caracterização longitudinal... 61 3.3.2.FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL ... 61 3.3.2.1. Concepção geral ... 61

3.4. DESCRIÇÃO DO ELEMENTO DE SUPORTE ... 63

3.4.1.MOLAS ... 63

3.5. DESCRIÇÃO DAS ACÇÕES ... 67

3.5.1. PESO PRÓPRIO ... 67

3.5.2.RETRACÇÃO E FLUÊNCIA ... 68

3.5.3.PONTE ROLANTE ... 69

3.6. CÁLCULOS EFECTUADOS ... 71

3.6.1.PESO PRÓPRIO ... 71

3.6.2.DESLOCAMENTOS INDUZIDOS PELA ESCAVAÇÃO DO MACIÇO ... 74

3.6.3.PESO PRÓPRIO E DESLOCAMENTO DO MACIÇO ... 78

3.6.4.FLUÊNCIA E RETRACÇÃO ... 79

3.6.5.PESO PRÓPRIO, DESLOCAMENTO E FLUÊNCIA E RETRACÇÃO ... 80

3.6.6.DEFINIÇÃO DAS COMBINAÇÕES MAIS GRAVOSAS E DIMENSIONAMENTO ... 84

3.6.6.1. Definição das combinações mais gravosas ... 84

3.6.6.2. Determinação da armadura ... 85

3.6.6.3. Verificação ao esforço transverso... 87

3.6.7.ANÁLISE GLOBAL ... 88

3.7. VERIFICAÇÕES COMPLEMENTARES ... 88

3.7.1.DESCRIÇÃO DAS ACÇÕES A UTILIZAR ... 88

3.7.1.1. Ponte rolante ... 88

3.7.1.2. Injecção de calda ... 89

3.7.2.ANÁLISE DE RESULTADOS ... 90

3.7.1.1. Ponte rolante ... 90

3.7.1.2. Injecção de calda ... 93

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4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

... 97 BIBLIOGRAFIA

(15)

ÍNDICE DE FIGURAS

Fig. 1.1 – Planta da bacia do Douro ... 4

Fig. 1.2 – Localização da barragem do Picote ... 5

Fig. 1.3 – Circuito hidráulico 4 ... 6

Fig. 1.4 – Corte transversal da Central II ... 7

Fig. 1.5 – Corte longitudinal da Central II ... 7

Fig. 1.6 – Planta geral do reforço de potência do circuito hidráulico ... 9

Fig. 2.1 – Descontinuidades ... 12

Fig. 2.2 – Caverna elíptica ... 12

Fig. 2.3 – Isolinhas de resistência/tensão; Deslocamentos ... 13

Fig. 2.4 – Caverna em forma de ferradura ... 14

Fig. 2.6 – Caverna em forma de cogumelo ... 15

Fig. 2.8 – Jumbo hidráulico ... 16

Fig. 2.9 – Método NATM ... 18

Fig. 2.10 – Ilustração da escavação por galeria central e de bancada ... 18

Fig. 2.11 – Posições das galerias de escavação ... 19

Fig. 2.12 – Extracto da carta geológica nacional ... 22

Fig. 2.13 – Ensaio Lugeon ... 24

Fig. 2.14 – Dilatómetro BHD ... 26

Fig. 2.15 – Defórmetro tridimensional (STT) ... 27

Fig. 2.16 – Pregagem tipo “grouted dowel” ... 36

Fig. 2.17 – Formação de cunhas para a combinação 1 ... 38

Fig. 2.20 – Suporte aplicado caso 1 ... 41

Fig. 2.23 – Vectores de deslocamento do maciço rochoso ... 51

(16)

Fig. 2.25 – Resultante e posição dos deslocamentos máximos da central ... 52

Fig. 2.26 – Deformada do maciço da central do Picote ... 52

Fig. 2.27 – Tensões máximas principais no fim da escavação ... 54

Fig. 2.28 – Tensões mínimas principais no fim da escavação ... 54

Fig. 2.29 – Zona de rotura da fase 6 ... 55

Fig. 2.30 – Zona de rotura da fase 9 ... 55

Fig. 2.31 – Zona de rotura final e respectivas pregagens ... 56

Fig. 3.1 – Descrição da malha adoptada no arco ... 57

Fig. 3.2 – Pormenor dos pontos críticos presentes no modelo adoptado ... 58

Fig. 3.3 – Exemplo de tensões normais no arco de betão ... 58

Fig. 3.4 – Geometria adoptada para o arco de betão ... 59

Fig. 3.5 – Efeito da escavação do maciço rochoso no modelo adoptado ... 62

Fig. 3.6 – Exemplo da aplicação das molas em toda a estrutura ... 63

Fig. 3.7 – Exemplo esquemático de compressão nas molas ... 65

Fig. 3.8 – Molas de K(horizontal) nulo e K(horizontal) máximo ... 67

Fig. 3.9 – Efeito da acção do peso próprio no arco de betão... 68

Fig. 3.10 – Posição da aplicação da ponte rolante ... 70

Fig. 3.11 – Posição da carga em um só apoio do arco de betão ... 70

Fig. 3.12 – Deslocamentos verificados para a acção do peso próprio ... 71

Fig. 3.13 – Tensões principais para a acção do peso próprio ... 72

Fig. 3.14 – Variações de tensões em espessura no arco ... 73

Fig. 3.15 – Valor adoptado e verificado para o ponto anguloso ... 73

Fig. 3.16 – Posição das secções em estudo ... 74

Fig. 3.17 – Deslocamentos impostos pelo maciço ... 75

Fig. 3.18 – Tensoes principais para a acção de deslocamento do maciço ... 76

Fig. 3.19 – Variação da tensão na espessura do arco ... 76

Fig. 3.20 – Valor adoptado para o ponto anguloso ... 77

Fig. 3.21 – Localização das secções no arco de betão ... 77

Fig. 3.22 – Acção do peso próprio com os deslocamentos... 78

Fig. 3.23 – Efeito da retracção e fluência isoladamente ... 79

Fig. 3.24 – Efeito das 3 acções em simultâneo ... 80

(17)

Fig. 3.26 – Deslocamentos para a simulação da desactivação dos molas ... 81

Fig. 3.27 – Efeito da acção da temperatura a 40ºC ... 82

Fig. 3.28 – Variação de tensões em espessura e ponto anguloso ... 83

Fig. 3.29 – Esforços provenientes dos 2 tipos de apoio da ponte rolante ... 89

Fig. 3.30 – Tensões para 1/5 da deformabilidade máxima do maciço ... 89

Fig. 3.31 – Tensões e deslocamentos para a injecção de calda ... 90

Fig. 3.32 – Tensões no arco para o efeito da ponte rolante de um lado ... 91

Fig. 3.33 – Deslocamentos para uma rigidez de 1/5 do normal no apoio direito ... 92

Fig. 3.34 – Tensões principais para 1/5 da rigidez máxima ... 92

Fig. 3.35 – Deslocamentos obtidos para as diversas posições da acção ... 93

Fig. 3.36 – Tensoes resultantes da deficiente injecção de calda ... 94

(18)

(19)

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 1.1 – Características principais do aproveitamento hidroeléctrico ... 8

Quadro 2.1 – Faseamento construtivo ... 19

Quadro 2.2 – Ensaios de permeabilidade ... 25

Quadro 2.3 – Profundidade dos ensaios ... 27

Quadro 2.4 – Graus de alteração do maciço rochoso ... 29

Quadro 2.5 – Graus de fracturação do maciço rochoso ... 30

Quadro 2.6 – Classificação dos maciços com base no RQD ... 30

Quadro 2.7 – Cálculo do módulo de deformabilidade ... 32

Quadro 2.9 – Resultados do sistema GSI ... 33

Quadro 2.12 – Resultados do sistema GSI ... 34

Quadro 2.13 – Estimativa do módulo de deformabilidade ... 34

Quadro 2.14 – Resultados do critério Mohr-Coulomb e Hoek e Brown ... 35

Quadro 2.15 – Faseamento construtivo ... 44

Quadro 3.1 – Avanço da criação do arco em estudo ... 60

Quadro 3.2 – Rigidez do maciço na vertical e horizontal ... 64

Quadro 3.3 – Deslocamentos adoptados para o arco ... 66

Quadro 3.4 – Tensões nos pontos definidos (kPa) ... 74

Quadro 3.9 – Quadro resumo das tensões normais nas secções em estudo (kPa) ... 84

Quadro 3.10 – Valores das tensões (kPa) ... 85

Quadro 3.11 – Quadro resumos das tensões tangenciais nas secções em estudo (kPa) ... 85

Quadro 3.12 – Esforços axiais e momentos flectores... 86

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Quadro 3.14 – Armadura adoptada e armadura de distribuição ... 87

Quadro 3.15 – Valor do esforço de corte presente nas secções (kN) ... 87

Quadro 3.16 – Quadro da resistência transversal nas 4 secções ... 88

Quadro 3.17 – Tensões verificadas nas secções definidas ... 91

Quadro 3.18 – Tensões verificadas para a acção em estudo ... 93

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SÍMBOLOS E ABREVIATURAS

Para clareza da exposição, far-se-á no texto a descrição de cada notação ou símbolo aquando da sua primeira utilização.

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1

INTRODUÇÃO

1.1. PREAMBULO

As obras subterrâneas têm adquirido uma importância crescente no planeamento e gestão dos espaços, tanto em áreas urbanas como em áreas rurais, no meio urbano principalmente pela sua aplicabilidade em vias de comunicação, e no meio rural, quer pelo atravessamento de zonas montanhosas quer na aplicação em aproveitamentos hidroeléctricos.

Assim, nos últimos anos assistiu-se a um desenvolvimento considerável no campo da engenharia de obras subterrâneas.

Com o aumento da sua aplicação este ramo da engenharia seguiu um rumo próprio e fomentou técnicas específicas. Actualmente a complexidade deste tipo de obras evidencia-se pela quantidade e actividades que decorrem da sua aplicação, envolvendo etapas como a sua concepção, prospecção, projecto, execução, fiscalização e assessoria técnica. Envolve igualmente bastantes actividades acessórias particulares, como é o caso dos sistemas de ventilação, drenagem e impermeabilização, iluminação, sistemas de distribuição de energia eléctrica, água, etc. Actualmente novas áreas de actividade têm sido desenvolvidas, principalmente no que se refere ao estudo de impactos ambientais, como os causados pela fase de construção, a deposição definitiva dos escombros da escavação e dos controlos de ruídos, vibrações entre outros presentes na concepção das obras.

É assim bastante amplo o campo de aplicação destas obras que possuem particularidades específicas associadas com o fim a que se destinam e com as condições naturais existentes no local de construção. O caso de estudo do presente trabalho diz respeito à caverna subterrânea que albergará a nova central hidroeléctrica de Picote, no tramo internacional do rio Douro, que está, presentemente, em fase de construção.

Para o caso da exploração do Picote, verifica-se a presença de uma albufeira de baixa capacidade útil e apresenta um reduzido nível de dimensionamento, com apenas 1.1 vezes o módulo do rio, o que origina a ocorrência de descargas significavas em períodos húmidos, em consequência de afluências superiores aos volumes máximos turbináveis.

A verificação deste baixo aproveitamento, implicou a criação de um novo circuito hidráulico de forma a proceder a um reforço de potência do aproveitamento, criando assim uma maior eficácia nos volumes turbináveis.

(26)

Análise do comportamento de uma estruturas em abóbada de betão armado de revestimento de uma caverna subterrânea __

1.2. MOTIVAÇÃO E OBJECTIVOS DO PRESENTE TRABALHO

A concepção, dimensionamento e construção de obras subterrâneas pressupõem uma ligação, cada vez mais estreita entre os conhecimentos específicos das áreas de geotecnia e de estruturas.

De um modo bastante geral, verifica-se que os conhecimentos considerados no domínio da caracterização de maciços rochosos, e dos processos construtivos de obras subterrâneas (escavação e aplicação de elementos de suporte/contenção, provisórios e definitivos), permitem a sua inclusão em modelos estruturais com capacidade para simularem, quer o comportamento estrutural do maciço rochoso durante a fase de execução das obras, quer o comportamento dos elementos de suporte aplicados em fase de construção, quer ainda o comportamento final do conjunto formado pelo maciço rochoso e as estruturas que compõem a obra subterrânea em causa.

Procurando o desenvolvimento de um trabalho desta natureza, surgiu como desafio para esta tese dar seguimento ao trabalho efectuado pelo colega Tiago Palas intitulado “Projecto geotécnico das obras da caverna da central do reforço de potência de Picote” e apresentado em Julho de 2008, desenvolvendo-se agora a parte relativa à análidesenvolvendo-se estrutural da abóbada de revestimento da zona superior da caverna da nova central hidroeléctrica de Picote II.

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1.3. DESCRIÇÃO DOS CONTEÚDOS DOS CAPÍTULOS

Este trabalho, para além do presente capítulo introdutório onde se apresentam os principais aspectos desenvolvidos ao longo da tese, contem mais 3 capítulos.

No capitulo2 é apresentado o estudo geotécnico do maciço onde se insere a obra, as análises geológicas e geomecânicas, o estudo da orientação e das possíveis formas a adoptar para a realização da central, entre as quais se encontra a forma adoptada, dos métodos de escavação e avanço das centrais hidroeléctricas, tendo-se seleccionado o método a aplicar e respectivo faseamento construtivo que como se verificará é bastante condicionante na verificação à estabilidade da obra. Procede-se posteriormente à descrição do estudo efectuado para a determinação das características e classificação do maciço rochoso, bem como para a verificação da estabilidade local e global da estrutura. Efectua-se também a descrição do modelo utilizado para simular o faseamento construtivo e dos correspondentes resultados em termos de tensões no maciço e nos elementos de suporte utilizados. Assinala-se que todos estes elementos foram obtidos a partir da tese referida no capítulo anterior. Também foi deste estudo que resultaram acções provenientes do maciço em estudo, que se utilizaram na verificação da estabilidade ou como elementos condicionantes do dimensionamento efectuado no capítulo seguinte. No capítulo 3 é efectuada a análise estrutural da abóbada da nova central hidroeléctrica do Picote. O dimensionamento foi efectuado para as acções que derivam dos deslocamentos provenientes da escavação do maciço rochoso, para acções intrínsecas da estrutura, como é o caso da presença do peso próprio e para acções que derivam da vida útil da estrutura, como é o caso da retracção e da fluência e para esforços provenientes de acções esporádicas provenientes da degradação pontual da rigidez do maciço rochoso, ou como a má colocação das caldas de injecção que estabelecem a ligação entre o elemento em betão e o maciço rochoso. Procura-se assim efectuar a análise de um conjunto alargado de acções para uma verificação adequada do comportamento estrutural da abóbada.

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(30)

Análise do com 1.4.2.1. CEN A central h designada p de 85 m, eq para turbina um alternad A Central I numa caver altura varia volumetria mantendo e Para alojar nomeadame o Piso o Piso o Piso Importa ref desnecessár As galerias curvatura e previsto par mportamento de NTRAL HIDROE hidroeléctric por Central II quipada com ar 400 m3/s, u dor com uma

I a construir rna subterrân entre os 58 foi fixada d spaço para a os equipam ente: o principal, a o do alternad o da turbina, ferir que se rio proceder de acesso à e o declive ra o transport e uma estruturas ELÉCTRICA ca que será I, orientada q um único gr uma potência a potência apa r no âmbito d nea com 68 m na zona d de forma a p a colocação d mentos auxi anteriorment dor, à cota 38 às cotas 382 e verifica a à sua extensa às cavernas foram fixad te da roda do s em abóbada d Figura 1.3 _ alvo do es quase perpen rupo gerador a nominal no arente nomin do reforço d m de comp do grupo e os permitir a ins do mesmo. liares, na c e referido, à 87.30 2.80 e 383.88 presença de a enumeraçã da central e dos tendo em o grupo e do de betão armad Circuito hidrá studo desta ndicularment r, constituído o veio de 241 nal de 265 M de potência d primento e 2 s 26 m na zo stalação de u central em e cota 392.30 8 e mais piso ão. e do transfor m considera transformad do de revestime ulico 4 tese, consis te à central e o por uma tu 1 MW para u MVA. do aproveitam 3 m de larg ona do átrio um grupo, t estudo, criar os presentes rmador, a se ção as exig dor.

nto de uma cav

te numa ce existente e af urbina Franci uma queda út mento hidroe ura entre os de descarga odo o equip ram-se vário na central ecção transv ências impo verna subterrâne entral subter fastada desta is com capac til de 66.8 m eléctrico, ins s hasteais, e e montagem pamento aux os pisos téc contudo tor versal, os rai ostas pelo v ea __ rrânea, a cerca cidade m e por ere-se a sua m. Esta iliar e cnicos, rna-se ios de eículo

(31)

____ Para rolan de 60 Análise do com se proceder nte disposta a 00 ton. mportamento de r ao transpor a 14 m acima uma estrutura e

rte dos equi a da cota do Figura 1.4 Figura 1.5 _ em abóbada de ipamentos na o piso princip _ Corte trans _ Corte longit e betão armado a central hid pal, à cota 40 versal da Cen udinal da Cen de revestimento droeléctrica, 06.30, com u ntra II ntral II to de uma caver foi prevista uma capacid rna subterrânea a uma ponte dade nominal a e l

(32)

1.4.2.2. CARACTERÍSTICAS DO REFORÇO DE POTÊNCIA

Apresenta-se no quadro abaixo as principais características associadas aos circuitos hidráulicos e central existente e ao reforço de potência em curso (circuito hidráulico 4 e central II).

Quadro 1.1 _ Características principais do aproveitamento Hidroeléctrico

CIRCUITOS HIDRÁULICOS

1, 2 e 3

Cota da Soleira da Tomada de Água 440 m Comprimento Médio das Condutas Forçadas 100,0 m

Secção Corrente (Circular Ф = 5,5 m) 23,8 m2

4

Cota da Soleira da Tomada de Água 441 m Comprimento da Galeria em Carga 300,0 m Secção Corrente (Circular Ф = 10,7 m) 89,9 m2 Comprimento da Galeria de Restituição 150,0 m

Secção Corrente (Circular Ф = 11,3 m) 100,3 m2

CENTRAIS

I

Número de Grupos 3

Potência Aparente Nominal 3 x 72 MVA 216 MVA Potência Activa Nominal 3 x 65 MW 195 MW Tensão de Produção 15 kV Queda Bruta Máxima 70,0 m Caudal Máximo 3 x 115 m3 / s 345 m3 / s

Produção Anual Média 783 GWh

II

Número de Grupos 1

Potência Aparente Nominal 265 MVA Potência Activa Nominal 238,5 MW

Tensão de Produção 18,0 kV Queda Bruta Máxima 69,2 m

Caudal Nominal 400 m3 / s Produção Anual Média 239 GWh

POSTO DE TRANS.

Central I 3 x (3x25) MVA 225 MVA Central II 1 x 270 MVA 270 MVA

(33)

____ Na p corre circui Análise do com planta da fig spondentes a ito hidráulico mportamento de gura 1.6 rep ao reforço d o. Figura 1.6 uma estrutura e presenta-se e potência, v _ Planta gera em abóbada de a azul o ap verificando-s al do reforço d e betão armado proveitament se, como ser

e potência do de revestimento to existente ria natural a circuito hidráu to de uma caver e a magen maior exten ulico. rna subterrânea nta as obras nsão do novo a s o

(34)

(35)

2

ANÁLISE GEOTÉCNICA

2.1. OBRAS SUBTERRÂNEAS

A realização de obras subterrâneas, neste caso de cavernas para a instalação de uma central hidroeléctrica, envolve diversos factores e riscos, pelo que o planeamento cuidadoso da execução da obra se torna fundamental.

Assim e conjuntamente com a determinação de todos os parâmetros geológicos/geotécnicos e de todos os parâmetros estruturais dos elementos de suporte, é fundamental determinar a posição das descontinuidades, em orientação e em inclinação, e estudar a forma e orientação da central, que interagem directamente com as tensões “in situ”, e a capacidade e sequência da instalação do sistema de suporte.

Uma análise prévia e cuidada aos elementos anteriormente descritos origina muito provavelmente uma obra de cariz técnico e económico bastante aceitável.

2.1.1. ORIENTAÇÃO

A presença de descontinuidades influencia directamente a orientação da central. Contudo nalguns casos a alteração da orientação é impossibilitada devido a diversos tipos de imposições pelo que, nestes casos é importante verificar um especial cuidado no dimensionamento dos elementos de suporte.

A intersecção de várias descontinuidades presentes no maciço rochoso pode originar a instabilidade de cunhas, provocando por vezes a alteração da orientação da caverna da central. A orientação óptima é atingida quando se verifica a presença do menor número possível de cunhas instáveis.

Na presença de um maciço bastante instável, a solução mais plausível é alcançada quando se obtém o menor volume instável o que envolve uma análise aprofundada da orientação das descontinuidades, juntamente com a verificação dos elementos de suporte.

(36)

Análise do com 2.1.2. CAV As secções sua selecção Numa análi como a pres e pormenor outros, tend Procede-se, característic 2.1.2.1. CA Geometrica uma abóbad mportamento de Figura VERNAS transversais o normalmen ise mais apr sença das ten rizadas), a pr do todos estes de seguid ca da central AVERNA ELÍPT amente a cav da circular, in e uma estruturas 2.1 _ Descon das centrais nte muito com rofundada, v nsões “in situ resença ou ne s condiciona da, a uma . TICA verna elíptica nterligando-s s em abóbada d tinuidades: de hidroeléctric mplexa e de verifica-se qu u”, as formas ecessidade d alismos influê análise des a caracteriza-se de forma a Figura 2.2 _ de betão armad esfavorável (e cas apresenta difícil opção ue a cada ti s da escavaçã de adoptar po ência na defi stes princip

-se por utiliz a criar uma c _ Caverna elí do de revestime squerda), favo am normalm o. po estão ass ão (que pode ontes rolante inição da for pais condici zar hasteais c caverna sem ptica

nto de uma cav

orável (direita) mente 3 forma sociados asp erão ter de se es, o faseame rma da cavern onalismos p com uma pe pontos angu verna subterrâne ) as tipo, torna pectos especí er mais cuida ento construt rna a adoptar para cada equena curva ulosos. ea __ ando a íficos, adosas tivo, e . forma atura e

(37)

Análise do com

lução utiliza de vantagem ço, pela esca ocamentos e/o Figu fica-se na fig o de toda a c ores valores q o factores uldade, devi ação de uma do, transform ragens ao ma 2.2. CAVERN verna em for ando a forma mportamento de ando caverna m quando com avação, serem ou esforços a ura 2.3 _ Isolin gura 2.3 que central, origi que os verifi mais desfa ido a necess a ponte rola ma esta soluç aciço para se NA EM FORMA rma de ferrad a arqueada pa uma estrutura e as elípticas p mparada com m suavizadas aplicados à e nhas de resistê e existe uma nada pela fo cados nas ou voráveis ve sidade de cr ante, comum ção plausível egurar uma v DE FERRADUR dura é geome ara passarem em abóbada de para a realiz m as outras 2 s pela sua fo estrutura. ência/tensão isolinha de orma desta e utras formas. erifica-se qu riar no mac m neste tipo l numa esco viga de camin RA etricamente i m a ser vertica e betão armado zação de cen 2 opções, o f rma curva, o (esquerda); D resistência/t que os deslo ue o proce ciço rochoso de obras, de olha difícil. A nho de rolam idêntica à an ais. de revestimento trais hidroel facto de as te o que se tradu eslocamentos tensão tende ocamentos e sso constru o um arquea e forma a m A sua instala mento para a m nterior, apena to de uma caver léctricas apre ensões desen duz numa dim

s (direito) [1] encialmente c e/ou esforços utivo aprese amento dos movimentar e ação passaria movimentaçã as diferindo n rna subterrânea esenta como nvolvidas no minuição dos constante ao s apresentam enta alguma hasteais. A equipamento a por aplicar ão da ponte. nos hasteais, a o o s o m a A o r ,

(38)

mportamento de ua forma ba hança é verif hasteais. As or, diferindo Figura 2.5 _ presença dos escavação m da central an anterior. Ou apoio a uma utar que a a e uma estruturas Figur astante idênti ficada, embo s isolinhas de apenas a m _ Isolinhas de s hasteais ve mais fácil de terior, contin utra alternat viga superio anterior, apr s em abóbada d ra 2.4 _ Caver ica à caverna ra de uma fo e resistência/ meia altura, o e resistência/te erticais apres e executar e nua-se a ver tiva consiste or onde circu resenta uma de betão armad rna em forma a elíptica é orma mais de /tensão apres onde se verif ensão (esquer senta uma m de controla rificar nesta e na constru ula a ponte ro desvantagem do de revestime de ferradura expectável u esfavorável e sentam uma fica um agra rda); Deslocam maior vantage ar. A colocaç solução, pod ução de pil olante. Esta s m indirecta,

nto de uma cav

uma semelha e mais gravo configuração vamento dos mentos (direita em no faseam ção da ponte dendo ser ef ares devidam solução embo pois retira verna subterrâne

ança dos esf osa principal o semelhante s deslocamen a) [1] mento constr e rolante, o fectuada de amente espaç

ora mais pla espaço inte ea __ forços. mente e à do ntos e rutivo, maior forma çados, ausível erior a

(39)

Análise do com 2.3. CAVERN contrário das cteriza-se pel as tensões de opção desta f ões no maciço rna, que se tr o só é cons lemáticas. Figu cto de se ver rna, não torn

mportamento de NA EM FORMA s soluções an la presença esenvolvidas forma para a o rochoso, v raduz num au seguido com ura 2.7 _ Isolin rificar a exis a condiciona uma estrutura e DE COGUMEL nteriormente de pontos a s no maciço. Figura 2.6 _ as centrais hi erificando-se umento dos d m a aplicaçã nhas de resistê tência de um ante a geome em abóbada de LO e descritas a angulosos, ob _ Caverna em idroeléctricas e um acrésci deslocament ão cuidadosa ência/tensão m elevado es etria de supor e betão armado utilização d brigando à n forma de cog s origina uma mo bastante tos e/ou esfo a de pregag (esquerda); D sforço e/ou d rtes, desde q de revestimento de cavernas necessidade umelo a variação de significativo rços que aí a gens que co eslocamentos deslocamento ue todas as e to de uma caver em forma d de um espe esfavorável d o na zona do actuam. O co ontrolam as s (direita) [1] o em todo o estruturas, co rna subterrânea de cogumelo cial cuidado do efeito das s hasteais da ontrolo deste zonas mais contorno da omo todas as a o o s a e s a s

(40)

Análise do com pregagens d central. Nesta soluç abóbada em arco e a esc Em relação betão anteri central. 2.2. MÉT A necessida aprofundado que não surj Uma adequ processos d 2.2.1. MÉT A selecção hidroeléctri faseamento Tendo a ce esta forma d Etapa 1 – Pe A perfuraçã exemplo o compriment que permite meio. mportamento de da central e ção o faseam m betão do te avação, obté à instalação iormente exe TODOS DE E ade da constr o quanto po rjam situaçõe uada caracter de construção

TODO DRILL &

o deste mét cas prende-s construtivo, entral hidroel de escavação erfuração e t ão do maciç jumbo hidrá to. A adopçã e uma maior e uma estruturas o arco em b mento constr ecto da caver ém-se um mo o da ponte r ecutado serv ESCAVAÇÃO rução de obr ssível, das c es imprevista rização geoté o mais econó &BLAST todo para a se principalm , que dificilm léctrica adop o que pode re topografia ço rochoso áulico, onde ão do jumbo r rapidez e e s em abóbada d etão realizad rutivo é bast rna devido à odelo menos rolante, verif ve de apoio e ras subterrâne característica as. écnica dos m micos e segu a realização mente com a mente seria po ptada uma fo esumir-se de

pode ser efe se procede hidráulico é eficiência de Figura 2.8 _ de betão armad do na abóbad tante comple à sua geomet complexo e fica-se que e eficaz à pon eas de grand as geológicas maciços roch uros. o da escava necessidade ossível com orma bastan uma forma m fectuada reco a aberturas bastante útil escavação, _ Jumbo hidrá do de revestime da, verifique exo, principa tria e volume de mais fáci esta forma d nte não obstr

des dimensõe s e mecânica hosos habilita ação em m de conferir a aplicação d te peculiar, muito sinteti orrendo a m s de furos co l, sendo com

que não seri

áulico

nto de uma cav

em e garanta almente no q e. Conjugand il execução. a central é a uindo nem r es exige um c as dos maciç a os respons maciços roch à central um de outro mét torna-se nec izada em 3 et meios mecani om aproxima mposto por br ia possível r verna subterrâne am a seguran

que diz resp do a execuçã a ideal. O ar retirando esp conheciment ços rochosos sáveis a defi hosos de ce ma geometria todo. cessário reco tapas. nizados, com madamente 3 raços mecâni recorrendo a ea __ nça da peito à ão dos rco de paço a to, tão s, para inir os entrais a e um orrer a mo por m de icos, o outro

(41)

A topografia de furação deve ser cuidadosa, de forma a se obter uma maior eficácia no desmonte do maciço, e tornando-se efectivamente mais económica com o aumento da velocidade de escavação. Inicialmente a furação processa-se nos contornos do elemento a escavar e no centro, seguindo-se a furação com corte em “V” no sentido do centro.

Etapa 2 – Detonação

Posteriormente à abertura dos furos, procede-se a colocação de detonadores e explosivos que originam o desmonte do elemento pretendido. A detonação deve ser realizada de uma forma contínua do centro para o contorno do elemento a retirar, tornando-se assim mais eficaz.

Nesta fase deveremos ter especial cuidado com a ventilação e com a presença de operários no local do desmonte. O cuidado deve principalmente visar o facto de se poder verificar a projecção de partículas, bem como a grande quantidade de poeiras originadas pela detonação, sendo essencial uma eficaz ventilação durante esta etapa.

Etapa 3 – Limpeza

A retirada dos escombros originados pela escavação, é outra etapa bastante importante, utilizando-se transportes de despejo para retirar todos os elementos que derivam da detonação dos explosivos. É ainda realizado o corte e a remoção de todos os pequenos elementos instáveis que se encontram no contorno da central, dando assim uma forma uniforme, segura e de conforto visual à obra.

2.2.2. MÉTODO NATM

Este método não se caracteriza, ao contrário do anterior, pela forma como avança ou se desenvolve a escavação, mas sim pela elevada eficácia que a forma de sustimento concentra no maciço, proporcionando assim uma maior liberdade nos métodos de escavação.

O escoramento neste método caracteriza-se pela aplicação de pregagens contra o maciço rochoso e a projecção de uma camada de betão imediatamente após a fase de avanço. Este escoramento aumenta notavelmente a resistência do maciço, enfraquecido pelo alívio de tensões devido à escavação, proporcionando um aumento de segurança, uma redução de custos e uma maior velocidade de avanço na escavação.

Este método é acompanhado por uma intensa observação dos estados de tensão e dos deslocamentos sofridos pelo maciço. Caso não se verifique a previsão efectuada no projecto, recorre-se à sua correcção imediata mediante os parâmetros observados.

(42)

Análise do com Figura 2 2.3. MÉT Outro dos f muito a form a velocidade 2.3.1. ESC Esta forma diâmetro, e aplicada em 2.3.2. ESC Este métod desenvolve a parte supe mportamento de .9 _ Método N TODOS DE A factores de el ma e o modo e a que a obr CAVAÇÃO TOT de escavaç consiste na m secções ma CAVAÇÃO POR do utiliza-se primeiramen erior sempre Figur e uma estruturas NATM: a)Esca AVANÇO levada impor o como as ob ra se process TAL ção é mais u a escavação aiores. R GALERIA FRO mais em o nte numa par em avanço e ra 2.10 _ Ilust s em abóbada d vação do mac d)Mo rtância a ana bras subterrâ sa. usual em ob na íntegra d ONTAL DE BAN obras subter rte superior d em relação à ração da esca de betão armad ciço; b)Projecç onitorização; alisar é o mét âneas se dese bras de pequ de toda a fre NCADA rrâneas de m da caverna e parte inferio avação por ga do de revestime ção do betão; todo de avan envolvem, pr ueno diâmet ente a escava médias dime e posteriorme or. aleria frontal e

nto de uma cav

c)Colocação nço da obra, p rincipalment tro, normalm ar. Contudo ensões, onde ente na parte de bancada verna subterrâne das pregagen pois podem te o que influ mente até 3 pode també e a escavaç e inferior, an ea __ ns; variar uencia m de ém ser ção se dando

(43)

____ 2.3.3 A esc obras dimen métod 2.4. Após abertu assoc Como Es ca Análise do com . ESCAVAÇÃ cavação de c s de elevadas nsões no int dos para obr

APLICAÇ s a apresenta ura da cent ciado a uma f o forma de e stado do ma averna da ce mportamento de

ÃO COM GALE cavernas priv s dimensões. terior da obr ras de elevad F ÇÃO A CENTR ação anterior tral do Pico forma de esc explicação m 1ª Fase ciço inicialm entral. uma estrutura e ERIAS vilegiando o . Este tipo de ra subterrâne as dimensõe Figura 2.11 _ P RAL DE PICO r dos método te. Adoptou cavação conv ais detalhada Quadro e ente, na sec em abóbada de avanço de ga e escavações ea, tirando a es. Posições das OTE os de escava u-se um fase vencional uti a é apresenta 2.1 _ Faseam cção da e betão armado alerias, é um s consiste na assim algum galerias de es ação e avanç eamento con lizando o mé ado de seguid mento construt de revestimento m método nor a escavação d as vantagens scavação ço, analisam nstrutivo usa étodo Drill & da o faseame ivo to de uma caver rmalmente u de galerias c s em relação m-se as carac ando o mét & Blast. ento adoptad rna subterrânea tilizado para om menores o aos outros cterísticas da todo NATM o. a a s s a M

(44)

Análise do com Procede toda a seguindo pregage fim da (escavaç Nesta fa central, i Após o superior pregage de betã fase da nesta fa fim da estrutura Inicialme realizaçã perfuraç Esta es elevada aplicaçã criando NATM). mportamento de 3ª eu-se ao co zona da o-se a ap ns (método escavação ção por gale ase abriu-se inferior. 4ª término d e a aplic ns, procedeu o, sendo d obra. Anota-se da obra p escavação as de suporte 2ª ente a es ão de 2 ão horizonta scavação fo dimensão o das re uma malha e uma estruturas ª Fase nsecutivo d abóbada d plicação de NATM) até o da par eria frontal d e também ª Fase a escavaçã cação das u-se a execu e fácil exec -se a sua fá pois a sua re obrigaria a e das cofrag ª Fase scavação c galerias la al, utilizando oi realizada do maciç espectivas de 1x1 me s em abóbada d esmonte de da caverna todas as completar o te superior de bancada) uma galeria ão da parte respectivas ução do arco cução nesta cil execução ealização no a complexas ens. onsistiu na terais, com o explosivos a devido à ço, com a pregagens etro (método de betão armad e , s o r . a e s o a o o s a m . à a , o

(45)

____ Ap pr da do an se es m 2.5. Semp impla Verif geoló proje pouco signif justif obra. Assim neces indep socie subte 2.6. A ár perten porfir Análise do com pós a con rocedeu-se a a obra, à es os escombro nteriormente e as respect scavação qu . ANÁLISE pre existirá antação de um fica-se mesm ógicas impre ctos, constru o profunda, ficativo para ficáveis. Con m a análise ssário enfatiz pendente do dade e aos s errâneas. ANÁLISE rea de impl ncentes ao róide, de dua mportamento de 5ª Fase strução do ao desmonte scavação ve os pelas ga . Ao mesmo tivas pregag uando se atin DE RISCOS algum grau ma obra subt mo que as evistas nas c ução e de ges no pressupo a a obra e q ntudo estes c de riscos do zar a segura projecto e seres humano GEOLÓGICA antação da rio Douro, as micas, tam uma estrutura e e arco de e da parte ertical, e à r alerias efec o tempo aplic ens, termina ngiu a cota u de incerte terrânea. principais c condições do stão da obra. osto de que que os custo custos são in o projecto e ança nos proj

da construç os, é necessá A DO MACIÇO nova centra constituída mbém denom em abóbada de betão, inferior retirada ctuadas caram-ando a 375,00 za no conh categorias d o maciço, d . Estes tipos e o tempo g os com os e nsignificante da construç ojectos de ob ção e como ário buscar a O (SONDAGE al de Picot geologicame minado de gra e betão armado hecimento ge e causas de destacando-se de erros der gasto na cara estudos de c es quando co ão de obras bras subterrâ a engenhar excelência n ENS) e localiza-s ente por um anito de Pico de revestimento eológico e g e acidentes e depois os ivam frequen acterização d caracterizaçã omparáveis c subterrânea âneas, garant ria envolve no projecto e e num vale ma zona de ote. to de uma caver geotécnico se devem erros de co ntemente de do maciço é ão não são c com os cust as é essencia tir um acom riscos ao pa e na construç e de vertent granito de rna subterrânea no local de a condições oncepção de uma análise é um atraso considerados tos finais da

al. Para tal é mpanhamento atrimónio, à ção de obras tes abruptas grão médio, a e s e e o s a é o à s s ,

(46)

Análise do com 2.6.1. ANÁ A presente novas prosp A nova pro central. Em STT2) e na restantes 18 Analisando disponível e granito com globalmente Na análise i grão médio as litologias o Este tipo de Apresenta-s alterado, pr variam entre mportamento de

ÁLISE DAS SON análise de p pecções que s specção con m 4 sondagen as outras 2 8 sondagens ( globalment e com reconh m cristais d e sã a pouco individual d a grosseiro, s seguidamen Granito de g e granito foi se predomin rincipalment e os 10% e 1 e uma estruturas Figura 2 NDAGENS prospecção g se realizaram ntemplou 22 ns realizadas sondagens (F1 a F18) fo e as sondag hecimentos e de grandes alterada. as amostras, granitos rós nte caracteriz grão médio a detectado em antemente p te associado 100%, com p s em abóbada d 2.12 _ Extracto geotécnica c m. furos de son para a futura foram efectu oram executa ens partindo efectuados ao dimensões e verifica-se eos, pegmati zadas. a grosseiro m todas as s pouco alterad a falhas. O predomínio a de betão armad o da carta geo contempla a ndagem, dos a central, em uados ensaio adas com rec o dos resulta o local dos tr e pontualme a presença d itos, granito sondagens, se do (W1 e W O índice de acima dos 80 do de revestime ológica nacion anterior aná quais 9 fora m 2 foram ex os dilatomét curso a sonda ados obtidos rabalhos, po ente róseo de granitos d de grão fino endo a litolo W2), embora qualidade R 0%.

nto de uma cav

al álise realizad am direcciona xecutados en tricos BHD as rotativas. s, da informa demos const e a presenç decompostos o e quartzo, im ogia largamen se verifique R.Q.D. apres verna subterrâne da em 1980 nados para a nsaios STT (S (BD1; BD2 ação bibliog tatar a presen ça de uma (W5), grani mportando r ente predomi e localmente senta valore ea __ 0, e as futura STT1; 2). As gráfica nça de rocha tos de realçar nante. e mais es que

(47)

o Granitos róseos

Granito de grão médio, de duas micas, de tom rosado. Detectado em várias sondagens, este granito apresenta-se pouco a medianamente alterado (W2 a W3). O índice de qualidade R.Q.D. apresenta

valores entre os 50% e os 100%.

o Granitos decompostos

Foram detectados nas zonas superficiais das sondagens F4 a F7. Apresentam-se decompostos (W5)

com espessuras a variar os 0,4 m para a sondagem F4 e os 2,0 m para a sondagem F7.

2.6.2. ANÁLISE DAS DESCONTINUIDADES

Em maciços de boa qualidade geotécnica, como são normalmente os da implantação de obras subterrâneas, as descontinuidades tem um papel preponderante no comportamento tenso-deformacional, tornando-se fundamental a sua caracterização.

Partindo de amostras retiradas dos furos pode-se ter uma estimativa de possíveis descontinuidades. Para uma correcta caracterização procede-se à determinação de parâmetros como:

o Orientação o Continuidade

o Grau de alteração das paredes o Abertura

o Preenchimento o Rugosidade

o Resistência à compressão das paredes o Presença de água

o Espaçamento

Da determinação dos parâmetros acima referidos identificaram-se as descontinuidades mais representativas. De uma forma global poder-se-á afirmar que a sua continuidade será média a elevada, com paredes pouco alteradas e fechadas.

A resistência ao deslizamento, poderá ser subjectivamente estimada pela rugosidade das paredes, verificando-se, embora com uma amostra muito pequena, que as superfícies apresentam-se planas rugosas ou onduladas com estrias. Na estimativa de resistência à compressão das paredes das descontinuidades determinou-se um valor médio de resistência de 33 MPa, tendo como mínimo o valor de 18 MPa e um máximo de 46 MPa.

(48)

Análise do com 2.7. ANÁ Referem-se em que se in 2.7.1. ENS À análise e O ensaio Lu dos cuidado água que en sob pressão permanente permite traç do maciço e A normaliz absorção de uma pressão uma unidad maciço com No caso da sendo-se de troços, por o mportamento de ÁLISE GEOT seguidamen nsere a caver SAIOS DE CAR caracterizaçã ugeon é base os tidos duran ntra no maciç o num certo e. A realizaç çar curvas de e à fracturaçã zação deste e 1 litro por o de 1 MPa. de de Lugeo mo impermeá a central de P e realçar que o 1º troço se e uma estruturas ÉCNICA DO M nte, os princip rna em estud RACTERIZAÇÃO ão hidráulica eado em mét nte a execuç ço rochoso d trecho de um ão deste ens e caudal vs p ão na vizinha Figura 2 ensaio, orig minuto e po Com a expe on, é imposs ável. Picote e par e na generalid encontrar à s em abóbada d MACIÇO (EN pais ensaios do. O HIDRÁULICA a “in situ” fo todos empíri ão dos trabal durante um d m furo de so saio com div

pressão, obte ança do trech 2.13 _ Ensaio gina a unida or metro de f eriência cons sível injectar ra os ensaios dade dos fur superfície do de betão armad SAIOS) efectuados p A “IN SITU” oi efectuada c icos o que or lhos. Este en determinado t ondagem até versos patam endo-se info ho. Lugeon (vário ade Lugeon, furo, para um stata-se que r qualquer c s realizados ros existe um o maciço. do de revestime para a caracte com base no rigina uma v nsaio consiste tempo. A ág se estabelec mares de pre ormação refer os obturadores que corres m patamar de para níveis d alda de cim obtiveram-se ma distinção

nto de uma cav

erização geo ensaio Luge validade relat e na medição ua é introduz cer um regim ssão, crescen rente ao regi s) ponde a um e injecção de de permeabil mento pelo qu e vários tipo entre o 1º tr verna subterrâne otécnica do m eon. tiva, pois de o da quantida zida radialm me de escoam nte e decres ime de perco m valor méd e 10 minuto lidade inferi ue se consid os de escoam roço e os res ea __ maciço pende ade de mente e mento scente, olação dio da s com ores a dera o mento, stantes

(49)

Quadro 2.2 _ Ensaios de permeabilidade Total dos

ensaios 96 1º Troço: 10 Restantes: 86

Troço de

ensaio %

Troço de

ensaio %

Não atingiu a pressão de ensaio 0 0 2 2

Absorção nula ou muito baixa 6 60 60 70

Regim e de p er colaç ão Absorçõ es sup eriores a 1 U.L . A ‐ Regime _Laminar 3 30 10 12 B ‐ Escoamento Turbulento 1 10 5 6 C ‐ Facturação Hidráulica 0 0 0 0 D ‐ Lavagem do preenchimento 0 0 3 3 E ‐ Colmatação das fissuras 0 0 6 7

2.7.2. ENSAIO DE CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA.

De forma a complementar o melhor possível o estudo da caracterização geológica e geotécnica do maciço rochoso procedeu-se a uma caracterização mecânica do maciço que se processa com recurso aos ensaios “in situ” e em laboratório.

2.7.2.1. ENSAIOS “IN SITU”

Os ensaios “in situ” têm como principal objectivo a determinação da deformabilidade do maciço e respectivo estado de tensão na zona da futura caverna da central. Os ensaios foram efectuados com recurso a dilatómetros (BHD) e ao método de sobrecarotagem (STT).

o ENSAIO COM RECURSO A DILATÓMETRO BHD

O método de dilatómetro BHD consiste em introduzir num furo de sondagem uma camisa de borracha, que se adapta as paredes do furo e as carrega num determinado troço. A deformabilidade é registada por um sistema eléctrico.

(50)

Análise do com A fiabilidad idênticos, o como um ín A grande v obtenção de em termos d Na central d e de 10 GPa os 10m de p mportamento de de dos result o que implic ndice de qual vantagem des e outros parâ de módulos d do Picote os a para o furo profundidade e uma estruturas tados alcança cou que os v lidade, módu ste método é âmetros, o qu de deformabi ensaios dem 2 (BD2), ten e, o que baix s em abóbada d Figura 2.14

ados com est valores obtid ulos dilatomé é ser realizad ue permite ob ilidade. monstraram m ndo o furo 1 aria o valor d de betão armad _ Dilatómetro te método sã dos neste tip étrico. do em furos bter uma prim

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nto de uma cav

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(51)

____ o O en resist induz Refir obras influê Verif execu aos 4 princ geom repre Análise do com o ENSAIO S saio STT re tências incor zido. Estas m ra-se que os e s especiais c ência no com ficando-se, t utaram-se 2 f 40,00 m, 60 ipalmente p mecânicas do sentativas do mportamento de TT alizado reco rporados, qu medições são ensaios de de como túneis mportamento tratar-se de furos e em c 0,00 m e ao para o STT2 o maciço ro o maciço. uma estrutura e rrendo a um ue permite efectuadas a Figura 2.15 _ eterminação s e cavernas , dimensiona uma obra ada furo 3 en s 80,00 m. 2 e um pouc ochoso encon Quadro 2 Sond ST ST em abóbada de ma barra cilín a correcta através dos fu _ Defórmetro do estado de s subterrâne amento e cus onde o es ensaios. As c Contudo os co diferentes ntradas às c 2.3 _ Profundid dagem Pro TT1 TT2 e betão armado ndrica plástic caracterizaçã furos de sond tridimensiona e tensão norm eas, onde o sto da obra. studo geotéc otas inicialm s ensaios for s para o ST cotas previs

dade dos ensa ofundidade 53,10 66,10 78,36 41,00 60,61 77,45 de revestimento

ca, com exte ão do estad dagem. l (STT) malmente só estado de t cnico é de mente propos ram efectuad TT1 devido tas e que n aios to de uma caver ensómetros e do de tensão ó se justificam tensão pode relevante stas para os e dos em zon às fracas ca não foram c rna subterrânea eléctricos de o inicial ou m no caso de e ter grande importância, ensaios eram as próximas aracterísticas consideradas a e u e e , m s s s

(52)

Nos ensaios, obtiveram-se valores de K=4, o que nos indica tensões horizontais cerca de 4 vezes superiores as verticais.

2.7.2.2. ENSAIOS LABORATORIAIS

Após a obtenção de amostras das sondagens correspondentes às zonas onde foram efectuados os ensaios anteriormente descritos, todas elas representativas da zona do maciço onde será implantada a central, procedeu-se ao estudo laboratorial de forma a obter uma caracterização do maciço mais correcto e detalhada.

As amostras BD1 e BD2 correspondentes aos ensaios realizados com recurso ao dilatómetro BHD e as amostras STT1 e STT2 correspondentes ao ensaio STT foram analisadas recorrendo-se aos ensaios de compressão uniaxial, ultra-sons e compressão diametral.

o ENSAIO UNIAXIAL

Organizando os ensaios uniaxiais por grau de alteração constata-se que as rochas com W1-2 apresentam resistência média à compressão de 91 MPa, as W2 o valor de 63 MPa e as W3 aproximadamente de 40 MPa, tendo como valores médios de deformabilidade para os W1-2 e W2 igual a 40 GPa e para o W3 de 10 GPa.

Verificou-se que as amostras dos furos de sondagem BD1 e BD2 apresentam características de deformabilidade e de resistência razoáveis a boas, podendo para tal considerar-se um módulo de deformabilidade de 37 GPa, correspondente à média harmónica, e uma tensão de rotura de 77 MPa, correspondente à média aritmética.

Obteve-se um valor médio do coeficiente de Poisson de 0,12, que pode ser considerado relativamente baixo.

o ENSAIO DE ULTRA-SONS

Os ensaios de ultra-sons foram realizados nas mesmas amostras utilizadas para o ensaio uniaxial. Foram obtidas velocidades longitudinais superiores a 4000 m/s e velocidades transversais superiores a 2000 m/s, tendo como valores médios 4500 m/s e 2600 m/s. Verifica-se, assim, estar na presença de uma rocha com características mecânicas razoáveis a boas.

o ENSAIO DE COMPRESSÃO DIAMETRAL

A análise dos resultados dos ensaios de compressão diametral verifica-se que a tensão de rotura à tracção se obtém para um valor próximo de 8 a 9% dos valores máximos de rotura à compressão, valores que estão compreendidos aproximadamente entre 6 a 6,5 MPa.

Para os parâmetros de resistência resultante dos ensaios de deslizamento de diaclases, obtiveram-se valores médios de 0,14 MPa para a coesão e de 34º para o ângulo de atrito. Os ensaios efectuaram-se com amostras de diaclases com superfícies pouco alteradas e ligeiramente rugosas, resultantes da profundidade a que foram retiradas.

(53)

2.8.

SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO DO MACIÇO

Quando se pretende iniciar o estudo de uma determinada obra, principalmente quando um dos objectivos passa pela determinação de parâmetros geotécnicos, a classificação do maciço rochoso torna-se fundamental. Assinale-se, contudo, que esta classificação não é absoluta para fim de engenharia, nem universal.

2.8.1. CLASSIFICAÇÃO TENDO EM CONSIDERAÇÃO A ALTERAÇÃO DO MACIÇO

A qualidade dos maciços rochosos é consequência do seu estado de alteração e de fracturação, obtendo-se assim um índice de qualidade.

A classificação da alteração do maciço é normalmente baseada em métodos expeditos e de observação, variando com a facilidade com que o material é decomposto. Utiliza-se uma nomenclatura que compreende os 5 níveis indicados no quadro 2.4.

Quadro 2.4 _ Graus de alteração do maciço rochoso

Símbolos Designação Características

W1 São Sem quaisquer sinais de alteração

W2 Pouco alterado Sinais de alteração apenas nas imediações das descontinuidades

W3 Medianamente

alterado Alteração visível em todo o maciço rochoso mas a rocha não é friável W4 Muito alterado Alteração visível em todo o maciço rochoso e a rocha é

parcialmente friável W5 Decomposto

(saibro)

O maciço apresenta-se completamente friável com comportamento de solo

A classificação de fracturação é um parâmetro que nos indica o espaçamento que existe entre as diversas diaclases, e engloba os 5 níveis constantes no quadro 2.5.

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Quadro 2.5 _ Graus de fracturação do maciço rochoso

Símbolos Intervalo entre

fracturas (cm) Designação F1 > 200 Muito afastadas F2 60 - 200 Afastadas F3 20 - 60 Medianamente afastadas F4 6 - 20 Próximas F5 < 6 Muito próximas

Estes dois parâmetros apesar de obtidos por métodos empíricos estabelecem uma primeira classificação do maciço que é bastante útil. Juntamente com ambos os métodos anteriormente descritos utiliza-se muitas vezes o RQD (“Rock Quality Designation”), dando um indicativo da qualidade do maciço rochoso usado, sendo a sua classificação descrita no quadro 2.6.

Quadro 2.6 _ Classificação dos maciços com base no RQD

RQD Qualidade do Maciço Rochoso

0 - 25% Muito fraco

25 - 50% Fraco

50 - 75% Razoável

75 - 90% Bom

90 - 100% Excelente

Embora tendo bastantes limitações, devido as incertezas no manuseamento das amostras, é bastante útil.